电力系统分析综合程序的用户自定义模型
黄英怀
　　（广东省广电集团有限公司揭阳供电分公司，广东揭阳522000）

　　同时，PSASP具有一定的开放性，体现为：
一是其资源可为其他程序共享；二是用户可按自己计算分析的需要，建立各种模型，模拟各种元件、自动装置和控制功能。PSASP通过用户程序接口（userprograminterface，UPI）和用户自定义模型（user－definedmodel，UDM）来实现其开放性。PSASP和用户程序模块通过UPI交换数据和交替运行，从而共同完成某一计算任务。本文将详细介绍用户自定义模型。1　通用的数学模型
　　电力系统计算所采用的通用数学模型有以下5种类型：
　　a）电网网络模型，包括直流输电线路、交流输电线路、变压器、电抗器、电容器和静止无功补偿器等模型。
　　b）发电机模型，包括潮流计算用的简单电源模型和同步电机模型。电源模型通常可选用三类，即P－Q类，给定电源的有功功率和无功功率；P－Um类，给定电源点的有功功率和电压幅值；Um－φ类，给定电源的电压幅值和相角。在PSASP中，同步电机模型共有7种不同精度的同步电机模型，最高6阶模型。
　　c）负荷模型，有最简单的（P＋jQ）模型、电压频率静特性负荷模型、感应电动机和综合动态负荷模型。
　　d）各种自动装置模型，主要有发电机励磁调节器模型、原动机调速器模型、电力系统稳定器（PSS）模型、继电保护和安全自动装置模型等。
　　e）扰动方式和稳定措施的模拟，主要有电网简单故障或复杂故障及冲击负荷，快速关汽门，切机，切负荷和切线路等。
2　用户自定义建模的必要性
2．1　各种新型元件和新的控制功能　　
　　近年来，由于电力系统发展的需要，电力系统控制技术和电力电子技术得到不断地发展，新型系统元件和各种控制功能不断地出现，这就要求在电力系统计算中能够模拟这些新元件和控制功能。
　　在潮流计算中，要求能够模拟各种特性的负荷、串联电容补偿装置、晶闸管控制的移相器、晶闸管控制的静止补偿器、自动投切的电容器和电抗器、带负荷自动调节抽头的变压器、发电机励磁调节装置，以及自动发电控制（AGC）的功能，等等。　　在暂态稳定计算中，要求能够模拟不同型号的同步电机、异步电机、电力电子元件静止无功补偿器、各种类型的调压器和调速器、各种继电保护及安全自动装置、PSS、统一潮流控制器（UPFC）和晶闸管控制的串联补偿装置（TCSC）、其他灵活交流输电系统（FACTS）元件模型、不同的超高压直流输电线路及控制系统，等等。
2．2　用户自定义建模的必要性
　　虽然国内外电力系统分析程序都在程序内部设置大量固定模型，如PSASP内部设置了7种同步电机模型、3种负荷模型、2种无功静止补偿模型、2种发电机励磁调节系统、1种调速器、1种PSS装置和2种高压直流输电模型，但是，随着各种新型元件和新的控制功能的不断出现，程序内部原有的固定模型已不能满足电力系统不断发展的需要。而根据新型元件和新的控制功能的需要进行建模，修改程序的固定模型，这样，必须对程序作相应的修改，需要花费很长的时间，是相当被动的方法，必然落后于电力系统发展的需要。
　　PSASP采用了UDM的方法来解决这个问题。
UDM是在无须了解程序内部结构和不改动程序本身的条件下，用户按照自己计算分析的需要，自行设计、定义模型，原则上可以灵活模拟各种系统元件、自动装置与控制功能。
3　用户自定义建模的原理
　　UDM由三部分组成：基本功能单元，输入信息和输出信息。
3．1　基本功能单元
　　各种基本功能单元是自定义模型最小组成部分。通过一些功能单元的连接装配，就可以设计定义用户所需要的UDM。每一基本功能单元，可根据输入量（x₁，x₂）完成求输出量y的运算，如图1所示。显然，只要PSASP为用户提供足够的基本功能单元，就可以构造所需的模型。PSASP6．0版，在程序设置了52个基本功能单元，基本可满足用户的需要。这些功能单元按性质可分为微积分运算、代数运算、基本函数运算、逻辑控制运算、线性和非线性函数运算及其它运算等。这些功能单元可以为潮流和暂态稳定及其它相关计算程序所共用。3．2　输入和输出信息
　　每个UDM通过其输入信息X（x₁，x₂，……）和输出信息Y（y₁，y₂，……）与所研究的电力系统联系在一起，成为新的研究系统，如图2。只要PSASP提供足够的输入和输出信息，就能够实现任何自定义模型与所研究的电力系统的连接。　　PSASP将UDM分为两大类：潮流计算的UDM和暂态稳定计算的UDM。
　　PSASP潮流计算的UDM，将潮流计算问题的已知量和有关的待求量均作为输入和输出信息，如：线路阻抗和电纳，变压器非标准变比，发电机功率，负荷功率，节点类型，迭代误差，母线电压的幅值、相角、实部与虚部，线路I、J侧功率等。
　　PSASP暂态稳定计算的UDM，其输入信息有母线，发电机，负荷，直流线和正序、负序、零序网络的有关变量；其输出信息有发电机、直流线的有关量和切机、切负荷及网络操作等。
4　UDM的建立
4．1　步骤　　
　　要建立一个PSASP的UDM，首先，需要弄清楚所要建立模型的新型元件或新的控制功能的逻辑结构原理，各个功能环节及其联系；接着，建立其逻辑结构原理的原模型；最后，将原模型分解成用基本功能单元组成的框图，并在PSASP中建立所要的UDM。
4．2　举例
　　以UFV－2K型电网安全自动装置中的过电流切负荷功能为例，说明UDM的建立。
　　UFV－2型系列产品是属于电网紧急控制类型的安全自动装置，除了以频率电压控制为主之外，还有其他控制功能。其中，UFV－2K型电网安全自动装置就是在频率电压控制的基础上，增加了联络线过电流切负荷功能。UFV－2K型电网安全自动装置的过电流切负荷功能，其原理是：当联络线的功率方向从线路流向母线时，若联络线电流值超过告警值Is1，则装置发出过负荷告警信号；若联络线电流超过动作值I_s2（热稳定或动稳定允许值），则分时段切除相应负荷。其切负荷部分原理如图3所示。
　　根据模型原理，将原模型分解成用基本功能单元组成的框图，并建立其UDM。图4是已建立好的UDM，模型参数为I_s2，t_s1，t_s2，t_s3，k₁，k₂和k₃。该模型假定UFV－2K型电网安全自动装置所在变电站为线路的起始侧，即I侧。
5　结束语
　　电力系统分析程序的用户自定义模型方法能够很好地模拟电力系统中不断采用的各种新型系统元件和新的控制功能，满足了实际电网计算分析的需要。